检索结果-内蒙古大学图书馆

微电子学与计算机 2025年第3期42卷 117-126页

作者：刘高辉刘仕钦西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

针对经典双稳随机共振模型存在的因输出饱和导致的微弱OFDM信号解调效果不佳问题,提出了一种基于二次方分段双稳调参随机共振的OFDM信号检测方法。从二次方分段双稳系统势函数模型出发,证明了在OFDM信号驱动下该系统具有抗饱和性;在绝... 详细信息

针对经典双稳随机共振模型存在的因输出饱和导致的微弱OFDM信号解调效果不佳问题,提出了一种基于二次方分段双稳调参随机共振的OFDM信号检测方法。从二次方分段双稳系统势函数模型出发,证明了在OFDM信号驱动下该系统具有抗饱和性;在绝热近似的条件下,推导了从零状态到最终稳态的粒子状态输出表达式;从概率分布的角度,理论推导证明了该系统暂态过程的逃逸率比经典双稳随机共振系统高,并分析了暂态过程时间相对OFDM符号周期的比值对于OFDM符号星座图逆映射带来的能量损失问题。仿真结果表明:在相同输入信噪比2 dB的情况下,该方法改善了OFDM信号通过经典双稳系统的输出饱和情况,系统输出信噪比相比经典双稳提升了5 dB。对比分析了经典双稳系统、分段双稳系统、二次方分段双稳系统对微弱OFDM信号的检测效果,在相同条件下所提系统的误码率降低了约10%。最后通过PSO算法调参进一步提高了OFDM系统接收端的检测性能。

关键词：随机共振二次方分段势函数抗饱和性微弱OFDM信号

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微弱OFDM信号检测的二次方分段双稳随机共振系统特性研究

微弱OFDM信号检测的二次方分段双稳随机共振系统特性研究

引用

作者：刘仕钦西安理工大学

学位级别：硕士

随着通信技术的快速发展和广泛应用,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统面临着接收端低信噪比的问题。若采用传统的信号检测方法,则在抑制噪声的同时也会在一定程度上削弱有用信号。随机共振(Stochasti... 详细信息

随着通信技术的快速发展和广泛应用,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统面临着接收端低信噪比的问题。若采用传统的信号检测方法,则在抑制噪声的同时也会在一定程度上削弱有用信号。随机共振(Stochastic Resonance,SR)是一种信号增强方法,利用噪声、输入信号和非线性系统之间的协同作用,可以将噪声能量转化成信号能量,提高系统输出信噪比。针对经典双稳随机共振系统在微弱OFDM信号检测时存在的输出饱和问题,提出了一种二次方分段双稳随机共振系统来改善该问题,强化了微弱OFDM系统的输出结果。本文的主要研究内容如下: (1)阐述了非线性随机共振的主要研究现状和进展、以及基本理论,由朗之万方程推导出经典双稳随机共振模型,在理论上分析了随机共振系统的粒子跃迁过程;由福克普朗克方程分析了粒子运动过程中概率分布函数的变化规律,并由该方程引出绝热近似经典理论,推导了双稳随机共振的输出响应特性;介绍了常用的几种随机共振系统性能衡量指标,最后论述了 OFDM系统基本原理以及调制解调原理。 (2)提出了二次方分段双稳随机共振模型,通过势函数数学模型推导和仿真证明了所提的二次方分段双稳模型相比经典双稳模型更具有抗饱和性,且输出效果也更好;同时分析了二次方分段双稳系统参数对势函数的影响以及对随机共振效果的影响;从动力学角度对系统进行分析,推导了从零状态到最终稳态的粒子输出信噪比表达式;从暂态响应的角度,理论推导证明了该系统暂态过程的逃逸率比经典双稳随机共振系统高,并分析了暂态过程时间相对OFDM符号周期的比值对于OFDM符号星座图逆映射带来的能量损失问题。 (3)研究了该模型在不同类型噪声下的信号增强能力。对于高斯白噪声,分析了它的噪声概率密度特性与参数σ、μ之间的关系,并在高斯白噪声背景下,利用二次方分段双稳随机共振系统对单载波信号、多载波信号的增强过程进行了数值仿真;对于levy噪声,分析了levy噪声概率密度特性与特征参数α和偏斜参数β的关系,并在levy噪声背景下利用二次方分段双稳随机共振系统对单载波和多载波信号的增强过程进行了数值仿真。对比分析了在系统参数固定,不同噪声背景下的二次方分段双稳系统检测性能。 (4)在固定噪声强度下,通过PSO调参分析二次方分段双稳系统对微弱OFDM信号的检测效果。阐述了PSO算法的相关原理,介绍了PSO算法优化系统参数时的基本流程,给出了 PSO算法调参后二次方分段双稳随机共振系统检测微弱OFDM信号的解调步骤。通过数值仿真,对比分析二次方分段双稳系统和经典双稳系统、以及其他文献提出的分段系统检测微弱OFDM信号的抗饱和性和解调效果。最后通过PSO调参,对比分析参数优化前后二次方分段双稳系统对微弱OFDM信号的检测效果,并进行了误码率对比分析。研究结果表明:二次方分段双稳随机共振系统,在检测微弱OFDM信号方面具有更好的增强效果和抗饱和性,提高了输出信噪比,相比经典双稳系统和其他分段双稳系统有更低的误码率。

关键词：二次方分段势函数抗饱和性随机共振微弱OFDM信号检测

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